Die Blutzellen bei Laune halten

Der Computerwissenschaftler hat ein detailliertes Modell von roten Blutkörperchen erschaffen. Dieses nutzt er nun zum Design einer schonenden Blutpumpe.

Schon als Kind habe ich gern gebastelt und bin oft in der Werkstatt gestanden“, sagt Markus Gusenbauer. Er kam während seiner Diplomarbeit im Fach Computersimulation an der FH St. Pölten erstmals in Kontakt mit Medizintechnik: Gemeinsam mit Physiotherapeuten entwickelte er ein Gerät zur Vermessung der Wirbelsäule. „Und zwar strahlungsfrei“, sagt er. Ein Tastarm fährt automatisch die Wirbelsäule entlang und vermisst die Beugung. Die Daten werden an einen Computer gesendet, an dem sich der Arzt oder Physiotherapeut das 3-D-Modell der Wirbelsäule ansehen kann.

„Wir haben auch ein Patent angemeldet“, erzählt der junge Kremser, der danach ein Doktoratsstudium an der TU Wien begonnen hat – das für FH-Absolventen aufgrund einiger Prüfungen länger als für UniAbgänger angesetzt ist. Durch Zufall kam Gusenbauer zu einem Projekt an der FH St. Pölten, das wieder mit Medizintechnik zu tun hatte. „Es ging um innovative Filterstrukturen für zirkulierende Tumorzellen im Blut“, erklärt er. Die Aufgabe war, einen Filter zu designen, der es schafft, in Blutproben die wenigen Tumorzellen zwischen den Millionen von roten Blutkörperchen herauszufischen, um diese für die Diagnose zu nutzen.

Das Labor auf einem Mikrochip

Man schickt dabei wenige Milliliter Blut durch einen Mikrochip, der alles kann, was sonst ein ganzes Labor leistet. Die boomende Technik heißt Lab-on-Chip. „Unser Ansatz war, mikrometerkleine magnetische Teilchen zu verwenden, die als Filterstruktur dienen“, so Gusenbauer. Er war für die Simulation am Computer zuständig. Durch ein Magnetfeld außerhalb des Chips finden die magnetischen Teilchen wie zu Perlenketten zusammen, sodass sich ein Kamm bildet, der das Blut filtern kann. „Über das magnetische Feld kann man den Abstand zwischen den ,Perlenketten‘ einstellen, um einzelne Tumorzellen zu finden.“

Bei den Simulationen muss ein Forscher allerdings erst wissen, wie sich eine gesunde Blutzelle in so einem Filtersystem verhält. Wie verändert sich ihre Membran, wo werden Zellen beim Durchfluss gequetscht, und wo kommt es vielleicht zum Stau? „All diese Fragen kann ich nur beantworten, wenn ich ein gutes Computermodell einer roten Blutzelle habe“, sagt Gusenbauer.

In Experimenten wurden also rote Blutkörperchen vermessen und beim Durchfluss beobachtet: Diese Daten flossen in ein neues Modell von roten Blutkörperchen ein, das genauere Simulationen ermöglichte als bisherige Ansätze. „Dieses Modell haben wir als Open Source frei verfügbar über das Internet gemacht“, so Gusenbauer. Daher arbeiten heute bereits andere Forschergruppen, zum Beispiel in der Schweiz und in der Slowakei, mit dem Modell der Blutzellen.

„Und es hat mich über die weitere Forscherkarriere begleitet.“Denn als Postdoc am Zentrum für Integrierte Sensorsysteme der Donau-Uni Krems entwickelt Gusenbauer nun zusammen mit Zellbiologen eine Hightechpumpe, die das Blut während solcher Chipuntersuchungen sanft und schonend durchfließen lässt. Es gibt bei jeder Blutabnahme nämlich das Problem, dass Blutzellen sich verändern: Zuerst müssen sie durch die enge Nadel, dabei erhöht sich der Druck auf sie. Dann sinken sie im Röhrchen ab. Die Nährstoffversorgung ist verändert etc. „Durch die Veränderungen werden Blutzellen aktiviert und starten komplexe Vorgänge wie z. B. Entzündungsreaktionen“, sagt Gusenbauer. Da man aber im Labor die Zellen so testen will, wie sie im Menschen vorkommen, suchen Forscher weltweit nach Methoden, wie man die Tests für Blutzellen stressfrei machen kann. Die Pumpe aus Krems – gefördert von der NÖ Forschungsund Bildungsgesellschaft – klingt vielversprechend. Ein erster Prototyp wurde mit einem 3-D-Drucker in Zusammenarbeit mit dem Institute of Science and Technology (IST) Austria bereits gebaut. „Nach all der Arbeit am Computer das Gerät erstmals in Händen zu halten, ist wirklich das Schönste“, sagt Gusenbauer. Kommende Tests werden zeigen, wie gut Theorie und Praxis übereinstimmen und an welchen Feinheiten im Mikrometerbereich weiterhin gefeilt wird, um die Blutzellen bei Laune zu halten.

In der Werkstatt Ruhe finden

Auch privat hat sich für Gusenbauer vor knapp zwei Jahren viel verändert: Seine Tochter wurde geboren. „Ich genieße die Zeit mit ihr und bin froh, nicht mehr nach Wien oder St. Pölten pendeln zu müssen.“Für Sport bleibt zwar wenig Zeit, aber wenn er Ruhe braucht, geht Gusenbauer in seine Werkstatt und repariert alles, was ihm Verwandte und Bekannte vorbeibringen.

wurde 1984 in Krems geboren und studierte an der FH St. Pölten Computersimulation. Seine Dissertation absolvierte er am selben Institut der FH und zugleich an der TU Wien. Für drei Jahre lebte Gusenbauer mit seiner Frau in Salzburg. Seit 2013 sind sie wieder in Krems zu Hause, wo Gusenbauer nun an der DonauUniversität als Postdoc arbeitet, um eine Blutpumpe für Labortests zu optimieren.